Stimuli - responsive nanoparticles with boronic ester linkages as a potential carrier for drug delivery

Abstract

Diplomová práce se zabývá přípravou polymerních systémů citlivých na vnější podněty pro medicínské aplikace založených na postpolymerizační funkcionalizaci trojblokového terpolymeru poly(styren)-b-poly(4-vinyl pyridin)-b-poly(ethylen oxid) pomocí funkčních skupin schopných vázat dioly 2-bromethyl-4-fluorofenylboronovou kyselinou a 2-bromethyl-fenylboronovou kyselinou. Byl vyvinut plně reprodukovatelný a kontrolovatelný postup kvaternizace N-skupiny 4-pyridinylového kruhu uvedenými funkčními skupinami a výtěžek kvaternizační reakce byl určen pomocí 11 B a 1 H NMR a infračervené spektroskopie. Dále byl vypracován protokol reprodukovatelné přípravy stabilních polymerních nanočástic ve vodných pufrech o různém pH vzniklých samoskládáním těchto funkcionalizovaných trojblokových terpolymerů. Struktura a chování připravených nanočástic byly studovány pomocí statického, dynamického a elektroforetického rozptylu světla a kryogenní transmisní elektronové mikroskopie. S ohledem na možné aplikace byl pomocí absorpční a fluorescenční spektroskopie zkoumána vazba modelového léčiva Alizarinu na fenylboronové funkční skupiny připravených nanočástic. Byla důkladně studována vazba Alizarinu na polymerní částice a jeho uvolňování vlivem změny vnějších podmínek jako pH a koncentrace cukrů a příbuzných diolů

This thesis deals with the post-polymerization functionalization of a pH-responsive poly(styrene)-b-poly(4-vinyl pyridine)-b-poly(ethylene oxide) triblock terpolymer with stimuli responsive and diol-binding 2-bromomethyl-4-fluorophenylboronic acid and 2- bromomethyl-phenylboronic acid suitable for biomedical applications. A reproducible method of quaternization of poly(4-vinyl pyridine) block with prescriptible quaternization ratio was developed and the reaction yield was analyzed by 11 B, 1 H NMR and infrared spectroscopy. A reproducible self-assembly protocol for stable nanoparticles from functionalized stimuli-responsive triblock terpolymer was found, and the nanoparticles were studied by static, dynamic and electrophoretic light scattering, and cryogenic transmission electron microscopy. Fluorescence and UV-VIS spectroscopy measurements were performed for description of boron-ester linkages formation and hydrolysis with model drug Alizarin as a study of encapsulation and release reactions together with sugar sensing reactions for potential drug delivery.